【数据结构】链表与LinkedList

在上一篇文章中我们介绍了ArrayList使用方法，并进行了简单的模拟实现，但通过分析我们发现其不方便进行插入和删除操作，因为要移动数组元素，最坏情况下时间复杂度会达到O(n)效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。

一、什么是链表

概念：链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的 。

注意： 链式结构是在逻辑上连续，但在物理上不一定连续。
实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有 8 种链表结构：

1. 单向或者双向
   
2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种 :
无头单向非循环链表 ： 结构简单 ，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为 其他数据结构的子结构 ，如 哈希桶、图的邻接表等等。

无头双向链表 ：在 Java 的集合框架库中 LinkedList 底层实现就是无头双向循环链表。

二、MyLinkedList实现

1、IList接口

public interface IList {
    //头插法
    void addFirst(int data);
    //尾插法
    void addLast(int data);
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    void addIndex(int index,int data);
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    boolean contains(int key);
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    void remove(int key);
    //删除所有值为key的节点
    void removeAllKey(int key);
    //得到单链表的长度
    int size();
    void clear();
    void display();
}

2、MyLinkList实现

1、基础结构

public class MyLinkList implements IList{
    //内部类
    class Node{
        public int val;
        public Node next;//下一个结点
        public Node head;//头结点
        public Node(int val){
            this.val=val;
        }
    }  
}

---

2、插入数据

（1）头插法

public void addFirst(int data) {
        Node node=new Node(data);
        node.next=head;
        head=node;
    }

（2）尾插法

public void addLast(int data) {
        Node node=new Node(data);
        Node end=head;
        while (end.next!=null){
            end=end.next;
        }
        end.next=node;
    }

（3）在指定位置插入一个元素

public void addIndex(int index, int data) {
    if(index<0||index>size()){
        System.out.println("位置不合法");
        return;
    }
    if(index==0){
        addFirst(data);
        return;
    }
    if(index==size()){
        addLast(data);
        return;
    }
    Node node=new Node(data);
    Node pre=getNode(index);
    node.next=pre.next;
    pre.next=node;
    }
    public Node getNode(int index){
        Node node=head;
        while (index-1!=0){
            node=node.next;
            index--;
        }
        return node;
    }

注意：

一定要检查插入数据的合法性，避免程序运行出现问题

数据结构是一门十分严谨的学科，所以我们一定要注意好这些小细节

---

3、是否包含某一个元素

public boolean contains(int key) {
        Node node=head;
        while (node!=null){
            if(node.val==key){
                return true;
            }
            node=node.next;
        }
        return false;
    }

---

4、删除指定数据

（1）删除第一个为key的元素

public void remove(int key) {
        if(head.val==key){
            head=head.next;
            return;
        }
        int index=getindex(key);
        Node node=head;

        while (index-1!=0){
            node=node.next;
            index--;
        }
        node.next=node.next.next;
    }

（2）删除所有为key的元素

public void removeAllKey(int key) {
        if (head==null){
            return;
        }
        Node node=head;
        Node cur=head.next;
        while (cur!=null){
            if(cur.val==key){
                node.next=cur.next;
                cur=cur.next;
            }else {
                node=node.next;
                cur=cur.next;
            }
        }
        if(head.val==key){
            head=head.next;
        }
    }

---

5、其它操作

    //根据key返回它的前一个坐标    
    public int getindex(int key){
        int count=0;
        Node node=head;
        while (node!=null){
            if(node.val==key){
                return count;
            }
            node=node.next;
            count++;
        }
        return -1;
    }

    //求链表大小
    public int size() {
        Node node=head;
        int count=0;
        while (node!=null){
            count++;
            node=node.next;
        }
        return count;
    }

    //清空链表
    public void clear() {
        Node node=head;
        while (node!=null){
            Node next=node.next;
            node.next=null;
            node=next;
        }
        head=null;
    }

    //打印链表
    public void display() {
        Node node=head;
        while (node!=null){
            System.out.print(node.val+" ");
            node=node.next;
        }

    }

---

三、LinkedList

1、LinkedList是什么

LinkedList的底层是双向链表结构 ( 链表后面介绍 ) ，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

LinedList源码：

可以看出：

1. LinkedList 实现了 List 接口
2. LinkedList 的底层使用了双向链表
3. LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，因此 LinkedList 不支持随机访问
4. LinkedList 的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为 O(1)
5. LinkedList 比较适合任意位置插入的场景

2、LinkedList的使用

（1）构造

public static void main(String[] args) {
    // 构造一个空的LinkedList
    List<Integer> list1 = new LinkedList<>();
    List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>();
    list2.add("JavaSE");
    list2.add("JavaWeb");
    list2.add("JavaEE");
    // 使用ArrayList构造LinkedList
    List<String> list3 = new LinkedList<>(list2);
}

其他常用方法介绍：

（2）遍历

public static void main(String[] args) {
    LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
    list.add(1); // add(elem): 表示尾插
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.add(4);
    list.add(5);
    list.add(6);
    list.add(7);
    System.out.println(list.size());
    // foreach遍历
    for (int e:list) {
        System.out.print(e + " ");
    }
    System.out.println();
    // 使用迭代器遍历---正向遍历
    ListIterator<Integer> it = list.listIterator();
    while(it.hasNext()){
        System.out.print(it.next()+ " ");
    }
    System.out.println();
    // 使用反向迭代器---反向遍历
    ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size());
    while (rit.hasPrevious()){
        System.out.print(rit.previous() +" ");
    }
    System.out.println();
}

3、ArrayList和LinkedList****的区别

总结

链表的优点：

• 适合频繁进行任意位置插入的场景

缺点：

• 不支持随机访问，访问随机数据时，最坏情况下时间复杂度会达到O(n)

我们在实际应用中要对比着使用ArrayList和LinkedList,根据应用场景选择合适的数据结构，要记住，没有最好的数据结构，只有最合适的数据结构

---

那么本篇文章就到此为止了，如果觉得这篇文章对你有帮助的话，可以点一下关注和点赞来支持作者哦。作者还是一个萌新，如果有什么讲的不对的地方欢迎在评论区指出，希望能够和你们一起进步✊